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python网络编程2--socket

2024-09-22 21:20:09   219人阅读

socket编程

Python 提供了两个级别访问的网络服务。

  • 低级别的网络服务支持基本的 Socket，它提供了标准的 BSD Sockets API，可以访问底层操作系统Socket接口的全部方法。
  • 高级别的网络服务模块 SocketServer， 它提供了服务器中心类，可以简化网络服务器的开发。

Socket是什么 ?

  • Socket又称"套接字"，应用程序通常通过"套接字"向网络发出请求或者应答网络请求，使主机间或者一台计算机上的进程间可以通讯。

socket()函数

  • Python 中，我们用 socket（）函数来创建套接字，语法格式如下:
1
2
import socket
socket.socket([family[, type[, proto]]])
  • 参数

　　　　family: 套接字家族可以使AF_UNIX或者AF_INET

　　　　type: 套接字类型可以根据TCP(面向连接)的还是UDP(非连接)分为SOCK_STREAM或SOCK_DGRAM

　　　　protocol: 一般不填默认为0.

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import socketsocket.socket(socket_family,socket_type,protocal=0)socket_family 可以是 AF_UNIX 或 AF_INET。socket_type 可以是 SOCK_STREAM 或 SOCK_DGRAM。protocol 一般不填,默认值为 0。获取tcp/ip套接字tcpSock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)获取udp/ip套接字udpSock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)由于 socket 模块中有太多的属性。我们在这里破例使用了‘from module import *‘语句。使用 ‘from socket import *‘,我们就把 socket 模块里的所有属性都带到我们的命名空间里了,这样能 大幅减短我们的代码。例如tcpSock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)
例

 

  • socket对象(内建)方法
服务器端套接字
s.bind()绑定地址（host,port）到套接字， 在AF_INET下,以元组（host,port）的形式表示地址。
s.listen()开始TCP监听。backlog指定在拒绝连接之前，操作系统可以挂起的最大连接数量。该值至少为1，大部分应用程序设为5就可以了。
s.accept()被动接受TCP客户端连接,(阻塞式)等待连接的到来
客户端套接字
s.connect()主动初始化TCP服务器连接，。一般address的格式为元组（hostname,port），如果连接出错，返回socket.error错误。
s.connect_ex()connect()函数的扩展版本,出错时返回出错码,而不是抛出异常
公共用途的套接字函数
s.recv()接收TCP数据，数据以字符串形式返回，bufsize指定要接收的最大数据量。flag提供有关消息的其他信息，通常可以忽略。
s.send()发送TCP数据，将string中的数据发送到连接的套接字。返回值是要发送的字节数量，该数量可能小于string的字节大小。
s.sendall()完整发送TCP数据，完整发送TCP数据。将string中的数据发送到连接的套接字，但在返回之前会尝试发送所有数据。成功返回None，失败则抛出异常。
s.recvform()接收UDP数据，与recv()类似，但返回值是（data,address）。其中data是包含接收数据的字符串，address是发送数据的套接字地址。
s.sendto()发送UDP数据，将数据发送到套接字，address是形式为（ipaddr，port）的元组，指定远程地址。返回值是发送的字节数。
s.close()关闭套接字
s.getpeername()返回连接套接字的远程地址。返回值通常是元组（ipaddr,port）。
s.getsockname()返回套接字自己的地址。通常是一个元组(ipaddr,port)
s.setsockopt(level,optname,value)设置给定套接字选项的值。
s.getsockopt(level,optname[.buflen])返回套接字选项的值。
s.settimeout(timeout)设置套接字操作的超时期，timeout是一个浮点数，单位是秒。值为None表示没有超时期。一般，超时期应该在刚创建套接字时设置，因为它们可能用于连接的操作（如connect()）
s.gettimeout()返回当前超时期的值，单位是秒，如果没有设置超时期，则返回None。
s.fileno()返回套接字的文件描述符。
s.setblocking(flag)如果flag为0，则将套接字设为非阻塞模式，否则将套接字设为阻塞模式（默认值）。非阻塞模式下，如果调用recv()没有发现任何数据，或send()调用无法立即发送数据，那么将引起socket.error异常。
s.makefile()创建一个与该套接字相关连的文件

辣么，现在可以搭建一个简单的服务端与客户端之间的通信

基于TCP的套接字

服务端

我们使用 socket 模块的 socket 函数来创建一个 socket 对象。socket 对象可以通过调用其他函数来设置一个 socket 服务。

现在我们可以通过调用 bind(hostname, port) 函数来指定服务的 port(端口)。

接着，我们调用 socket 对象的 accept 方法。该方法等待客户端的连接，并返回 connection 对象，表示已连接到客户端。

#!/usr/bin/python3# 文件名：server.py# 导入 socket模块import socket# 创建 socket 对象serversocket = socket.socket(            socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) # 获取本地主机名host = socket.gethostname()port = 8080# 绑定端口serversocket.bind((host, port))# 设置最大连接数，超过后排队serversocket.listen(5)while True:    # 建立客户端连接    clientsocket,addr = serversocket.accept()          print("连接地址: %s" % str(addr))        msg=‘welcome to JinCheng！‘+ "\r\n"    clientsocket.send(msg.encode(‘utf-8‘))    clientsocket.close()

客户端

接下来我们写一个简单的客户端实例连接到以上创建的服务。

socket.connect(hosname, port ) 方法打开一个 TCP 连接到主机为 hostname 端口为 port 的服务商。连接后我们就可以从服务端后期数据，记住，操作完成后需要关闭连接。

#!/usr/bin/python3# 文件名：client.py

# 导入 socket模块import socket# 创建 socket 对象s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)# 获取本地主机名host = socket.gethostname()# 设置端口好port = 8080# 连接服务，指定主机和端口s.connect((host, port))# 接收小于 1024 字节的数据msg = s.recv(1024)s.close()print (msg.decode(‘utf-8‘))
上面的服务端与客户端实现了"自己"与"自己"之间的简单通信
辣么,基于上述也可以实现一种模拟现实"打电话"的通信
服务端
我们想实现打电话的通信,首先服务端要不断接受连接,然后循环通信,实现一种交互式的收发，通信完毕后只关闭链接，服务器能够继续接收下一次链接
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import socketip_port = ("127.0.0.1",8080)# 电话卡back_log = 5buffer_size = 1024s = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)#买手机s.bind(ip_port)   #手机插卡s.listen(back_log)#手机待机while True:                 #新增接收链接循环,可以不停的接电话    conn,address = s.accept()#手机接电话    # print(conn)    print(‘接到来自%s的电话‘ %address)    while True:#新增通信循环,可以不断的通信,收发消息        try:   #新增捕捉异常的，如果不加,那么正在链接的客户端突然断开,recv便不再阻塞,死循环发生            ret = str(conn.recv(buffer_size),encoding="utf-8")            print("from>>> " ,ret)  #收到来自于客户端的消息            nr = input(">>>")        #交互式发送,发给客户端消息            conn.sendall(bytes(nr, encoding="utf-8"))        except Exception:            break    #conn.close() #挂电话(可选)#s.close()        #手机关机(可选)服务端
server
客户端
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import socketip_port = ("127.0.0.1",8080)buffer_size = 1024s = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)# 买手机s.connect(ip_port)                                  # 拨电话while True: # 新增通信循环,客户端可以不断发收消息    nr = input(">>>").strip() #    if not nr:continue # 如果输入为空，则返回循环    s.sendall(bytes(nr, encoding="utf-8"))# 发消息,说话(只能发送字节类型)    res = s.recv(buffer_size)              # 收消息,听话    print("来自远方的消息",str(res, encoding="utf-8"))#s.close()                                 # 挂电话(可选)
client
 
基于上次例子可能会遇到一些问题:
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这个是由于你的服务端仍然存在四次挥手的time_wait状态在占用地址（如果不懂，请深入研究1.tcp三次握手，四次挥手 2.syn洪水攻击 3.服务器高并发情况下会有大量的time_wait状态的优化方法）
解决方案:
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#加入一条socket配置，重用ip和端口phone=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)phone.setsockopt(SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,1) #就是它，在bind前加phone.bind((‘127.0.0.1‘,8080))#此条可以解决上述的问题方法一
方法一
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发现系统存在大量TIME_WAIT状态的连接，通过调整linux内核参数解决，vi /etc/sysctl.conf编辑文件，加入以下内容：net.ipv4.tcp_syncookies = 1net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1net.ipv4.tcp_tw_recycle = 1net.ipv4.tcp_fin_timeout = 30 然后执行 /sbin/sysctl -p 让参数生效。 net.ipv4.tcp_syncookies = 1 表示开启SYN Cookies。当出现SYN等待队列溢出时，启用cookies来处理，可防范少量SYN攻击，默认为0，表示关闭；net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1 表示开启重用。允许将TIME-WAIT sockets重新用于新的TCP连接，默认为0，表示关闭；net.ipv4.tcp_tw_recycle = 1 表示开启TCP连接中TIME-WAIT sockets的快速回收，默认为0，表示关闭。net.ipv4.tcp_fin_timeout 修改系統默认的 TIMEOUT 时间# 看不懂略过,我也看不懂方法二
方法二
注:如果有俩个客户端访问服务端,则优先处理第一个访问的客户端,另外一个则被放在连接池中等待。当第一个客户端强行终止与服务端的连接,服务端触发异常,新增一个捕捉异常的功能,可以将后面的连接池中的客户端再次建立通信连接。
辣么,基于上述也可以模拟实现TCP远程执行命令
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# 基于tcp协议实现的远程连接命令工作from socket import *import subprocessip_port = ("127.0.0.1",8080)back_log = 5buffer_size = 1024tcp_server = socket(AF_INET,SOCK_STREAM)tcp_server.bind(ip_port)tcp_server.listen(back_log)while True:    conn,addr = tcp_server.accept()    print("客户端连接",addr)    while True:        try:            cmd = conn.recv(buffer_size)            if not cmd:break            print("收到客户端的命令是:",cmd)            res = subprocess.Popen(cmd.decode("utf-8"),shell=True,                             stderr=subprocess.PIPE,                             stdout=subprocess.PIPE,                             stdin=subprocess.PIPE)            err = res.stderr.read()            if err:                cmd_res = err            else:                cmd_res = res.stdout.read()            if not cmd_res:                cmd_res = "命令执行OK".encode("gbk")            conn.send(cmd_res)        except Exception as e:            print(e)            break    conn.close()服务端
服务端
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from socket import *import subprocessip_port = ("127.0.0.1",8080)buffer_size = 1024tcp_client = socket(AF_INET,SOCK_STREAM)tcp_client.connect(ip_port)while True:    msg = input(">>>")    if not msg:continue    if msg == "q":break #如果输入的是q 则发送的是空 服务端会进入死循环    tcp_client.send(msg.encode("utf-8"))    cmd_res = tcp_client.recv(buffer_size)    print("命令行的结果是",cmd_res.decode("gbk"))tcp_client.close()客户端
Client
基于UDP的套接字
udp的socket修改了一些参数
服务端
from socket import *udp_server = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM) # 基于网络,  数据报udp_server.bind(("127.0.0.1",8080,))while True:    data,addr = udp_server.recvfrom(1024)    print("来自于：",addr,data.decode("utf-8"))    msg = input(">>>")    udp_server.sendto(msg.encode("utf-8"),addr)
客户端
from socket import *ip_port=("192.168.12.34",8899)udp_client = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM) # 基于网络,  数据报while True:    msg = input(">>>")    udp_client.sendto(msg.encode("utf-8"),ip_port)  # 发送于谁    data,addr=udp_client.recvfrom(1024)             # 接收来自于谁    print(data.decode("utf-8"))
对UDP进行的一些阐释 如果发送的内容为空,例如直接回车,不会阻塞。在TCP下按下回车则会阻塞,则要作出一些处理。UDP不会出现粘包现象,再讲解粘包时会作出解释。而且UDP可以直接实现并发,支持多用户同时通信服务端
基于udp套接字我们可以作出一些小功能
实现ntp时间服务器
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from socket import *import timeudp_server = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM) # 基于网络,  数据报udp_server.bind(("127.0.0.1",8080,))while True:    data,addr = udp_server.recvfrom(1024)    print("来自于：",addr,data.decode("utf-8"))    if not data:        gs = "%F %X"    else:        gs = data.decode("utf-8")    sj = time.strftime(gs)    udp_server.sendto(sj.encode("utf-8"),addr)服务端
Sever
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from socket import *ip_port=("127.0.0.1",8080)udp_client = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM) # 基于网络,  数据报while True:    msg = input(">>>")    udp_client.sendto(msg.encode("utf-8"),ip_port)  # 发送于谁    data,addr=udp_client.recvfrom(1024)              # 接收来自于谁    print("标准时间为:",data.decode("utf-8"))客户端
Client
基于udp套接字模拟实现UDP远程执行命令
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# 基于udp实现的远程命令行from socket import *import subprocessip_port = ("127.0.0.1",8080)buffer_size = 1024udp_server = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM)udp_server.bind(ip_port)while True:    # 收    cmd,addr = udp_server.recvfrom(buffer_size)    print("收到客户端的命令是:", cmd)    res = subprocess.Popen(cmd.decode("utf-8"),shell=True,                     stderr=subprocess.PIPE,                     stdout=subprocess.PIPE,                     stdin=subprocess.PIPE)    err = res.stderr.read()    if err:        cmd_res = err    else:        cmd_res = res.stdout.read()    if not cmd_res: # 如果这个命令的返回值是空的,则会阻塞.所以要人为的添加一些操作        cmd_res = "ok".encode("utf-8")    # 发    udp_server.sendto(cmd_res,addr)服务端
server
 
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# 基于udp实现的远程命令行from socket import *import subprocessip_port = ("127.0.0.1",8080)buffer_size = 1024udp_server = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM)udp_server.bind(ip_port)while True:    # 收    cmd,addr = udp_server.recvfrom(buffer_size)    print("收到客户端的命令是:", cmd)    res = subprocess.Popen(cmd.decode("utf-8"),shell=True,                     stderr=subprocess.PIPE,                     stdout=subprocess.PIPE,                     stdin=subprocess.PIPE)    err = res.stderr.read()    if err:        cmd_res = err    else:        cmd_res = res.stdout.read()    if not cmd_res: # 如果这个命令的返回值是空的,则会阻塞.所以要人为的添加一些操作        cmd_res = "ok".encode("utf-8")    # 发    udp_server.sendto(cmd_res,addr)服务端
client
注:tcp和udp实现的远程执行命令因为系统的分别,可能会产生一些差异性。在windows上面,因为将命令交给shell去操作,所以shell底层是用gbk编码的,再得到shell处理返回的结果时,则要用gbk去解码拿到结果。
关于tcp的recv和udp的recvfrom的一些区别
1、收发原理详解：
发消息：都是将数据发送到己端的发送缓冲区中
收消息：都是从己端的缓冲区中收
2、发消息二者类似，收消息确实有区别的？
tcp协议：send发消息，recv收消息
（1）如果收消息缓冲区里的数据为空，那么recv就会阻塞
（2）tcp基于链接通信，如果一端断开了链接，那另外一端的链接也跟着完蛋recv将不会阻塞，收到的是空
udp协议：sendto发消息，recvfrom收消息
（1）如果如果收消息缓冲区里的数据为“空”，recvfrom不会阻塞
（2）recvfrom收的数据小于sendinto发送的数据时，数据丢失
（3）只有sendinto发送数据没有recvfrom收数据，数据丢失
注意：
1.你单独运行上面的udp的客户端，你发现并不会报错，相反tcp却会报错，因为udp协议只负责把包发出去，对方收不收，根本不管，而tcp是基于链接的，必须有一个服务端先运行着，客户端去跟服务端建立链接然后依托于链接才能传递消息，任何一方试图把链接摧毁都会导致对方程序的崩溃。
2.上面的udp程序，你注释任何一条客户端的sendinto，服务端都会卡住，为什么？因为服务端有几个recvfrom就要对应几个sendinto，哪怕是sendinto(b‘‘)那也要有。
总结：
1.udp的sendinto不用管是否有一个正在运行的服务端，可以己端一个劲的发消息
2.udp的recvfrom是阻塞的，一个recvfrom(x)必须对一个一个sendinto(y),收完了x个字节的数据就算完成,若是y>x数据就丢失，这意味着udp根本不会粘包，但是会丢数据，不可靠
3.tcp的协议数据不会丢，己端总是在收到ack时才会清除缓冲区内容。数据是可靠的，但是会粘包。
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